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[101년 만에 중력파 검출] 전 세계가 환호한 중력파 검출, 어떤 의미 있나

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[101년 만에 중력파 검출] 전 세계가 환호한 중력파 검출, 어떤 의미 있나

2016.02.12 12:00

지구에서 10억 광년 이상 떨어져 있는 블랙홀 2개가 서로 합병되는 과정에서 일어난 충돌로 시공간의 뒤틀림이 관측됐다. - LIGO 제공

지구에서 10억 광년 이상 떨어져 있는 블랙홀 2개가 서로 합병되는 과정에서 일어난 충돌로 시공간의 뒤틀림이 관측됐다. LIGO 제공

중력파를 검출하는 데 처음으로 성공했다고 발표한 12일 오전 0시 30분(이하 한국시간)은 인류 과학사에서 역사적인 순간으로 기록되게 됐다. 1915년 알베르트 아인슈타인이 일반상대성이론을 통해 예측한 중력파의 존재가 101년 만에 밝혀지면서 전 세계가 환희로 들썩이고 있다.

 

● 중력파 첫 검출, 블랙홀 이원계도 첫 발견

 

데이비드 라이츠 미국 라이고(LIGO) 프로젝트 책임자(미국 캘리포니아공대 교수)가 이끈 국제 공동 연구팀은 중력파를 검출했다고 12일 밝혔다. 이제껏 수많은 과학자들이 이론적으로 중력파가 존재할 것이라고 추정해왔지만 이를 실제로 발견한 것은 이번이 처음이다.

 

일반상대성이론에 따르면 ‘시공간의 잔물결’로 불리는 중력파는 질량이 있는 물체가 가속 운동을 할 때 발생하는 에너지 파동으로, 빛의 속도로 전파되면서 주변 시공간을 휘게 만든다.

 

연구팀은 중력파가 지나가면서 나타나는 공간의 길이 변화를 측정해 중력파를 확인하는 라이고의 레이저 간섭계를 이용해 지난해 9월 14일 중력파를 검출하는 데 성공했다.

 

지구에서 10억 광년 이상 떨어져 있는 블랙홀 2개가 서로 합병되는 과정에서 일어난 충돌로 태양 질량의 3배에 이르는 중력 에너지를 방출하면서 시공간의 뒤틀림이 관측됐다. 블랙홀 2개로 이뤄진 이원계를 발견한 것 역시 최초다.

 

연구팀의 유럽 총괄책임자인 카스텐 단즈만 독일 막스플랑크중력물리연구소 교수(라이프니츠대 교수)는 “두 블랙홀의 물리적 특성이 101년 전 아인슈타인이 예측한 것과 거의 정확하게 일치했다”며 “이번 연구 성과는 일반상대성이론의 정확성을 입증해 준 셈”이라고 말했다.

 

가브리엘라 곤잘레 루이지애나주립대 교수는 “중력파를 발견하기까지 아주 오랜 시간이 걸리긴 했지만 이제부터가 진짜 시작”이라며 “중력파를 검출할 수 있는 능력을 갖췄으니 이제 우리는 우주에 귀를 기울일 수 있게 됐다”고 말했다.

 

LIGO 연구팀이 레이저 간섭계를 테스트 하고 있다. - LIGO 제공
LIGO 연구팀이 레이저 간섭계를 테스트 하고 있다. - LIGO 제공

● 우주 탄생 비밀 밝혀 줄 중력파

 

중력파의 발견으로 ‘중성자성’으로 알려져 있는 기이한 천체와 블랙홀을 연구할 수 있게 됐을 뿐만 아니라 우주 탄생의 비밀에도 한 발짝 더 다가갈 수 있게 됐다. 138억 년 전 우주 대폭발(빅뱅)로 시공간이 흔들렸을 당시 발생한 중력파를 검출하면 초기 우주에 관한 정보를 얻을 수 있다.

 

중력파가 기존의 광학망원경과 전파망원경이 가진 한계를 넘어선 강력한 과학적 도구가 될 수 있는 이유는 중력파가 빛과 달리 모든 물질을 통과하면서도 통과하는 물질에 의해 왜곡되지 않기 때문이다. 즉 중력파는 방출될 당시의 정보를 온전히 담고 있다.

 

버나드 슈츠 영국 카디프대 교수는 “중력파를 통해서는 어떤 우주의 시공간에 대해서도 정확한 정보를 얻을 수 있다”며 “중력파는 완벽한 메신저 역할을 수행할 수 있다”고 말했다.

 

또 눈에는 보이지 않지만 우주 공간의 대부분을 채우고 있는 암흑물질에 관한 정보도 얻을 수 있다.

 

세계적인 이론물리학자 스티븐 호킹 박사도 “중력파를 검출할 수 있는 능력은 우주를 바라보는 완전히 새로운 방법을 제공한다”며 “눈에 보이지 않는 암흑물질과 빅뱅 이론 등 이전까지는 알 수 없었던 미지의 우주를 밝혀내는 데 크게 기여할 것”이라고 말했다.

 

이 밖에도 중력파는 여러 힘의 결합, 중력 연결 양자 이론과 같은 물리학에서의 중요한 문제들을 해결하는 데도 도움이 될 전망이다.

 

단즈만 교수는 “힉스 입자 발견 이래 과학계에서 가장 중요한 진전을 이뤘다”며 “중력파의 관측은 새로운 연구 대상으로서의 우주를 열어 줄 것”이라고 말했다.

 

중력파 검출을 다룬 라이고 연구진의 연구 결과는 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 11일자에 실렸다.

 

지구에서 10억 광년 이상 떨어져 있는 블랙홀 2개가 서로 합병되는 과정에서 일어난 충돌로 시공간의 뒤틀림이 관측됐다. - LIGO 제공
블랙홀 두 개가 합병되는 과정에서 주변의 시공간이 뒤틀리며 중력파가 방출된다. - LIGO 제공

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